De lorentzkracht
Een magnetisch veld kan op een bewegende lading duwen, maar alleen zijwaarts — loodrecht op zowel zijn snelheid als het veld zelf. Deze zijwaartse duw versnelt de lading nooit en vertraagt hem nooit; hij buigt alleen het pad, tot een cirkel krommend als het veld constant blijft.
De formule
F = q · v · B
- F — kracht (N): de zijwaartse magnetische duw op de lading
- q — lading (C): de hoeveelheid elektrische lading die het deeltje draagt
- v — snelheid (m/s): hoe snel de lading beweegt, hier loodrecht op het veld
- B — magnetisch veld (T): de sterkte van het magnetische veld waar de lading doorheen beweegt
Uitgewerkt voorbeeld
Een geladen deeltje met een lading van 2 coulomb beweegt met 3 meter per seconde, loodrecht op een magnetisch veld van 5 tesla. Welke kracht voelt het?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Test jezelf
Dezelfde lading van 2 coulomb beweegt nu met 3 meter per seconde door een sterker veld van 10 tesla. Wat is de kracht erop?
- 30 N
- 15 N
- Juiste antwoord: 60 N
Goed! Het verdubbelen van het veld verdubbelt de kracht: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Een positieve lading beweegt naar rechts door een magnetisch veld dat de pagina in wijst. Welke kant duwt de magnetische kracht het naartoe?
- Juiste antwoord: Omhoog
- Omlaag
- Naar voren, in dezelfde richting waarin het al beweegt
Correct! Volgens de rechterhandregel voelt een naar rechts bewegende positieve lading in een veld dat de pagina in wijst een kracht die het omhoog duwt.
Waar je dit ziet
Een oude CRT-televisie stuurde zijn elektronenbundel met magnetische velden en beschilderde het scherm door geladen deeltjes duizenden keren per seconde te buigen. Het noorderlicht is dezelfde natuurkunde op planetaire schaal: geladen deeltjes van de zon spiraalen langs de magnetische veldlijnen van de aarde en lichten op terwijl ze afbuigen.
Veelgemaakte fouten
De cruciale subtiliteit is dat de magnetische kracht geen arbeid verricht: F = q · v · B duwt loodrecht op de snelheid, dus hij kan een pad buigen maar de lading nooit versnellen of vertragen. De richting fout krijgen is de andere misstap — de kracht staat loodrecht op zowel de snelheid als het veld (rechterhand: vingers langs de snelheid, krul ze naar het veld, duim langs de kracht). Een positieve lading die met 3 m/s een veld van 10 T kruist, voelt 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N zijwaarts.
Hoe het verband houdt
Stromen maken velden en velden duwen bewegende ladingen — de twee helften van het terugkoppelingspaar van het elektromagnetisme, één les van elkaar verwijderd. De wet van Faraday, hierna, voegt de derde toe: een veranderend veld creëert helemaal zelf een spanning die een stroom aandrijft. Deze zijwaartse duw, die de snelheid onveranderd laat, is de reden dat motoren draaien en dat geladen deeltjes rondjes lopen in versnellers.